Тестовый проект Airbus помогает экспертам переосмыслить многие аспекты проектирования самолетов для перехода на водородное авиатопливо. Об этом пишет портал Popular Science (PopSci). Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Компания Airbus оповестила о планах капитального переоснащения авиалайнера A380, добавив дополнительный двигатель на основе водородного сгорания снаружи самолета и установив оборудование для мониторинга. Благодаря такой модификации авиастроительный гигант сможет испытать полет на водородном топливе в реальных условиях.
Этот шаг является частью более широкой отраслевой цели по достижению нулевых выбросов углерода к 2050 году. Пассажирские авиаперевозки вносят растущий вклад в изменение климата, составив около трех процентов выбросов углерода во всем мире в 2021 году. Летая меньше и инвестируя в более эффективные самолеты, можно помочь сократить выбросы, но потребуются и новые технологии, чтобы достичь «чистого нуля». Водород, в частности, может стать одним из основных путей достижения нулевого уровня выбросов, поскольку его можно широко использовать в отрасли, от региональных перелетов до более дальних маршрутов крупных лайнеров.
Испытательным самолетом Airbus стал первый в истории A380 – с серийным номером один, отметила Аманда Симпсон, вице-президент по исследованиям и технологиям Airbus Americas. Первоначально этот самолет использовался для сертификации как оригинального A380, так и двигателя для A350. Теперь Airbus намерен модифицировать его, добавив сверху дополнительный двигатель, который будет сжигать водород вместо традиционного реактивного топлива.
По словам Симпсон, расположение этого двигателя в верхней части самолета и сзади, прямо перед хвостом, имеет большое значение для изучения выбросов от сжигания водорода в условиях реального полета – одной из основных целей данной программы. Хотя сжигание жидкого водорода не приводит к образованию углеродных выбросов, исследователи считают, что водородные двигатели по-прежнему будут производить некоторые оксиды азота, которые являются обычными загрязнителями, а также водяной пар, который также действует как парниковый газ в атмосфере.
Испытательный двигатель также позволит Airbus узнать больше о том, как лучше всего сжигать водород в полете. Исследователи могут изменить условия работы двигателя, такие как соотношение топлива и воздуха, при котором он сгорает, и температуру, при которой он работает, чтобы узнать больше о том, как наиболее эффективно приводить в движение самолет с водородным двигателем.
A380 является крупнейшим пассажирским авиалайнером из находящихся в эксплуатации, в нем достаточно места для установки оборудования для мониторинга, а также для хранения 400 кг жидкого водорода, который самолет будет нести на борту в качестве топлива. Следует также учитывать, что в 2019 году Airbus объявила о прекращении производства A380, поскольку отдаст предпочтение двухмоторным авиалайнерам с большей топливной экономичностью.
Хотя сжигание водорода является одной из основных возможностей для такого самолета, есть шанс, что Airbus выберет другую технологию, объясняет Симпсон. Например, вместо сжигания водорода его можно объединить с кислородом для выработки электроэнергии в водородных топливных элементах. Производители автомобилей, такие как Toyota и Daimler, работают в своей отрасли над подобной технологией или гибридной системой с топливным элементом и двигателем внутреннего сгорания.
В прошлом году Airbus представила три различных возможных конструкции водородных самолетов: винтовой, небольшой региональный реактивный и концептуальный с оригинальной формой фюзеляжа и крыльев. Этот диапазон конструкций говорит многое о будущем самолетов с водородным двигателем, а также об одной из основных проблем этих конструкций – хранении топлива, указывает Джаянт Мухопадхая, аналитик Международного совета по чистому транспорту.
Водород имеет намного меньшую плотность, чем традиционное топливо для реактивных двигателей, даже когда он сжимается под высоким давлением. Поэтому, сравнивая количество реактивного топлива и водорода, необходимых для выработки той же мощности, водород займет как минимум в четыре раза больше места.
В большинстве самолетов реактивное топливо находится в крыльях. Однако водород необходимо содержать при высоких давлениях и низких температурах, поэтому его обычно хранят в больших цилиндрических резервуарах. Эти баки нельзя поместить в крыльях самолетов традиционной конструкции, они должны находиться только в корпусе. Объем водорода, необходимый для заправки самолета, может серьезно ограничить оставшееся пространство, уменьшая пассажировместимость на треть и более.
Мухопадхая отмечает, что совершенно новые формы для первых самолетов с водородным двигателем появятся нескоро, поэтому компаниям, вероятно, придется модернизировать существующие конструкции под резервуары с водородным топливом. Но в конечном итоге переход на сжигание водорода может весьма значительно изменить общую конфигурацию нынешних авиалайнеров.
При внедрении самолетов, работающих на водороде, существуют и другие серьезные проблемы, в том числе ограниченная инфраструктура для заправки топливом, более высокие затраты и риски устойчивости поставки водорода. Но испытания водородных двигателей в реальных условиях полета могут стать важным шагом к совершенствованию технологии. Но пока придется дождаться 2026 года, на который Airbus наметила завершение переоборудования и начало летных испытаний «водородного» A380.